衡水學院數(shù)計學院

聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的改進

王 永

衡水學院數(shù)計學院

通過了解SUPCONJX—300X和HS2000兩種國產(chǎn)集散控制系統(tǒng)在聯(lián)合站的實際應用情況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有聯(lián)合站數(shù)字PID控制方案已不能滿足工藝要求。針對上述問題，提出聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)改進方案。通過采用ProfiBus—DP總線與局部控制網(wǎng)LCN集成的方式完成現(xiàn)場總線與DCS的集成，實現(xiàn)現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)之間的有效互動。在分析聯(lián)合站生產(chǎn)需求的基礎上，依據(jù)集散控制系統(tǒng)SUPCONJX—300X和HS2000的優(yōu)缺點，優(yōu)選現(xiàn)場總線ProfiBus—DP，實現(xiàn)儀表化操作和數(shù)據(jù)信息的實時監(jiān)控。經(jīng)某油田聯(lián)合站現(xiàn)場應用可知，改進后的油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)實時采集與傳輸?shù)男?，使操作更加智能化，?jié)約了油田生產(chǎn)成本，有利于提高油田管理水平。

聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)；現(xiàn)場總線；OPC技術；ProfiBus—DP

目前，進入高含水期的油田越來越多，繁重的油水分離任務加重了聯(lián)合站設備的負擔并增加了油水分離工藝的復雜性。通過了解SUPCONJX—300X和HS2000兩種國產(chǎn)集散控制系統(tǒng)在聯(lián)合站的實際應用情況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有聯(lián)合站數(shù)字PID控制方案已不能滿足工藝要求，不能應對原油復雜多變的生產(chǎn)情況，存在操作性差和分散度不高的問題。目前的集散控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與傳輸過程中存在精度低和可靠性差的弊端，而局域網(wǎng)不能很好地解決分散程度低的問題。針對上述問題，提出聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)改進方案，采用OPC技術集成ProfiBus—DP與DCS，以提高系統(tǒng)的互操作性和可靠性。

1 系統(tǒng)改進

分析SUPCONJX—300X系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構和實際應用情況可知，結合SBUS網(wǎng)絡分散控制功能可提高集散控制系統(tǒng)可靠性，利用自身處理器提升安全性，采用先進的控制算法實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是SUPCONJX—300X系統(tǒng)也存在一定的弊端，數(shù)據(jù)傳輸需要在雙層結構中實現(xiàn)，結構相對復雜。分析HS2000系統(tǒng)的實際應用情況可知，此系統(tǒng)開放性強、操作方便和可靠性高，最重要的是采用現(xiàn)場總線傳輸結構實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸結構可實現(xiàn)控制器的相對獨立，分散下移控制功能，系統(tǒng)配置靈活并可節(jié)約成本。

SUPCONJX—300X和HS2000兩種集散控制系統(tǒng)結構都采用“三點一線”式，核心結構一致。SUPCONJX—300X系統(tǒng)采用先進的I/O控制算法，實現(xiàn)精確控制；同樣，HS2000也可實現(xiàn)較好的系統(tǒng)控制，但其是利用智能儀表和總線系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線本身不能實現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)高效快速傳輸，而且需要獨立的供電設備，存在很大弊端，所以要優(yōu)選適合的現(xiàn)場總線解決井場分布和生產(chǎn)環(huán)境之間的復雜問題。

現(xiàn)場總線本質上是一種標準，其可實現(xiàn)通信協(xié)議與硬件接口之間的數(shù)據(jù)傳輸，同時具有雙向傳輸結構的通信網(wǎng)絡可集自動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡和智能儀表為一體，現(xiàn)場總線系統(tǒng)結構如圖1所示?，F(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡具有互操作性強、控制功能分散、擴展容易實現(xiàn)、低能耗和系統(tǒng)開放性強的特點。與局域網(wǎng)相比，現(xiàn)場總線采用實時控制網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)信息的實時傳輸，現(xiàn)場總線的傳輸介質種類多且價格低廉，可節(jié)約聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)設計成本。

圖1 現(xiàn)場總線自動化系統(tǒng)結構

DCS系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制站（I/O站）、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、人機接口單元和電源等組成。為解決不同數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的問題，引入先進的OPC技術，實現(xiàn)控制功能的分散和下移，以及數(shù)據(jù)交換標準化和簡潔化。改進油田集散控制系統(tǒng)，解決操作性差和分散度不高的問題，能提高聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的可靠性。

OPCDA服務器的開發(fā)步驟包括規(guī)定類標識符、定義程序變量、注冊OPC服務器、初始化COM和DCOM、創(chuàng)建TAG五大部分。OPC技術是發(fā)展最快的現(xiàn)場總線技術之一，其采用先進的客戶機/服務器模型，實現(xiàn)真正的“互操作”。OPC服務器作為數(shù)據(jù)供應方和數(shù)據(jù)接收方在一定的數(shù)據(jù)標準下進行數(shù)據(jù)的傳輸與收發(fā)。聯(lián)合站集控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制裝置、人—機界面和通信網(wǎng)絡等部分構成，與常規(guī)的模擬儀表控制系統(tǒng)相比，監(jiān)控功能豐富，擴展靈活方便，性能可靠。

2 系統(tǒng)應用

目前，我國油田集輸系統(tǒng)大多數(shù)沒有實現(xiàn)計算機控制，自動化程度很低，隨著數(shù)字化油田進程的不斷加快，現(xiàn)有集散控制系統(tǒng)（例如油水分離遠程監(jiān)測和原油加熱溫度自動控制）已經(jīng)不能適應油田的發(fā)展。結合油田聯(lián)合站生產(chǎn)實際情況，集散控制系統(tǒng)應該遵循產(chǎn)品是否可靠、經(jīng)濟性和實用性等原則。油田井場分布廣泛，數(shù)據(jù)傳輸距離長；油田進入高含水期，聯(lián)合站進液量波動較大，考慮到以上問題，選擇滿足數(shù)據(jù)實時傳輸速率高、維護簡單和傳輸介質廉價的ProfiBus總線應用到聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)中。

通過采用ProfiBus—DP總線與局部控制網(wǎng)LCN集成的方式完成現(xiàn)場總線與DCS的集成，實現(xiàn)現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)之間的有效互動。在分析聯(lián)合站生產(chǎn)需求的基礎上，依據(jù)集散控制系統(tǒng)SUPCONJX—300X和HS2000的優(yōu)缺點，優(yōu)選現(xiàn)場總線ProfiBus—DP，實現(xiàn)儀表化操作和數(shù)據(jù)信息的實時監(jiān)控。實現(xiàn)現(xiàn)場總線與DCS的集成可采用OPC技術，設計開發(fā)OPC服務器，實現(xiàn)現(xiàn)場總線RS—485協(xié)議與IEEE802.4協(xié)議之間的轉換。從某油田聯(lián)合站現(xiàn)場應用可知，改進后的油田聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)實時采集與傳輸?shù)男?，使操作更加智能化，?jié)約了成本，有利于提高油田管理水平。

3 結語

在分析集散控制系統(tǒng)SUPCONJX—300X和HS2000優(yōu)缺點的基礎上，優(yōu)選了現(xiàn)場總線ProfiBus—DP，實現(xiàn)儀表化操作和數(shù)據(jù)信息的實時監(jiān)控。為解決不同數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的問題，采用先進的OPC技術，實現(xiàn)控制功能的分散和下移，以及數(shù)據(jù)交換標準化和簡潔化。改進的油田集散控制系統(tǒng)，解決了操作性差和分散度不高的問題，提高了聯(lián)合站集散控制系統(tǒng)的可靠性。

（欄目主持關梅君）

中原首座智能變電設備投入運行

五一前夕，中原油田供電管理處呼沱變電站110kV8組GIS設備一次投運成功，這是110kVGIS設備首次在該油田電網(wǎng)應用。2014年中國石化將濮陽中原油田呼沱變電站110kV電氣設備確定為隱患治理項目，投資采用了目前國內(nèi)較先進的110kVGIS設備。該設備具有節(jié)約占地面積、安全環(huán)保、節(jié)能降耗、檢修周期長、供電可靠性高等優(yōu)點，為建設無人值守變電站、實現(xiàn)遠程操作奠定了基礎。

圖1 長期高負荷運轉110kV的老式開關刀閘

圖2 如今投用的新型智能化變電設備

胡慶明張鈺攝影報道

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.018